Способ измерения коэффициента затухания ультразвука в плоскопараллельных образцах
Патент 1083105
Авторы
Классы МПК
Способ измерения коэффициента затухания ультразвука в плоскопараллельных образцах
Иллюстрации
Реферат
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В ПЛОСКОНАРАЛЛЕЛЬНЫХ ОБРАЗЦАХ, заключающийся в том, что излучают пьезопреобразователем .в основной образец ультразвуковые импульсы, принимают переотраженные зхо-импульсы, измеряют их амплитуды и по ним определяют коэффициент затухания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, между презопреобразователем и основным образцом устанавливают дополнительный плоскопараллельный образец, толщину которого подбирают, из условия отсутствия наложения первых двух эхо-импульсов, переотраженных в основном образце с эхо-импульсами в дополнительном образце, измеряют первый эхо-импульс, отраженный от границы двух образцов, и первые два эхоимпульса , переотраженные в основном образце, убирают его и измеряют амплитуду первого эхо-импульса в дополнительном образце, а коэффициент затукания ультразвука определяют по формуле 1 i-nf .lSi
СОЮЗ GOBETCHHX
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1083105
3(59 6 01 Б 29/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 1 0о Пз K02r+2r<)1 ,„» (з, р(1
2t . 01.Е g>(4r+2r< ) ) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР
flO ДЕЛАМ ИЗ ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЦТИЙ (21) 3388732/18-28 (22) 25.01.82 (46) 30.03.84..Бюл. 1Ф 12 (72) В.А.Дузенко (53) 620. 179. 16 (088. 8) (56) 1. Колесников А.Е. УльтразвукоJ вые измерения. M. Изд-во стандартов, 1970, с. 104-106.
2. Груэлл P. и др. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. M.
"Мир", 1972, с. 45-56 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗЖРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В ПЛОСКОЯАРАЛЛЕЛЬНЫХ.ОБРАЗЦАХ, заключающийся в том, что излучают пьезопреобразователем,в основиой образец ультразвуко-. вые импульсы, принимают переотраженные зхо-импульсы, измеряют их амплитуды и по ним определяют коэффициент затухания, о т л и .ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, между презопреобразователем и основным образцом устанавливают дополнительный плоскопараллельный образец, толщину которого подбирают.из условия отсутствия наложения первых двух эхо-импульсов, переотраженных в ос" ионном образце с эхо-импульсами в дополнительном образце, измеряют первый эхо-импульс, отраженный от грани" цы двух образцов, и первые два эхо- импульса, переотраженные в основном образце, убирают его и измеряют амплитуду первого эхо-импульса в дополнительном образце, а коэффициент затухания ультразвука определяют bio формуле где и 1 — толщины основного и до1 полнительного образцов соответственно
i)0 — амплитуда первого эхоимпульса в дополнительном образце при убранном основном;.
0-1 — амплитуда первого эхоимпульса, отраженного от границы двух образцов;
0> и Π— амплитуды первых двух эхо-импульсов соответственно, переотраженных в основном образце
Kp(2r+2rÄ) и Kp(4r+2r„:) — коэффициенты передачи акустических колебаний по давлению, обусловленные расхождением ультразвуковых .колебаний от преобразователя и дифракционными явлениями в результате конечности размеров излучателя для расстояний (2r+2r<) и (4r+2r< ) соответственно.
1О83
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров затухания ультразвука в твердых средах.
Известен способ измерения коэффициента затухания ультразвука, основанный на излучении преобразователем ультразвуковых импульсов в плоскопараллельные образцы, нагруженные на преобразователь с двух его сторон, приеме эхо-импульсов, отраженных от двух отражателей, расположенных на различных расстояниях от преобразователя и измерении соотношения амплитуд эхо-импульсов (1 .
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения коэффициента затухания ультразвука в плоскопараллельных образцах, заключающийся в том,что излучают ньезопреобразователем в основной образец ультразвуковые импульсы, принимают переотраженные эхо-импульсы, измеряют их амплитуды и по ним определяют коэффициент затухания (2).
Недостатком известного способа является низкая точность измерений, обусловленная неизвестным коэффици30 ентом отражения от границы преобразователь-образец и искажением волнового поля при отражении эхо-импульсов от границы преобразователь-образец.
Цель изобретения — повышение точности измерений °
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента затухания ультразвука в плоскопараллельных образцах, заключающемуся в том,что излучают пьезопреобразователем в основной образец ультразвуковые импульсы, принимают переотраженные эхо-импульсы, измеряют их амплитуды и по ним определяют коэффициент затухания, между пьезопреоб45 разователем и основным образцом устанавливают дополнительный плоскопараллельный образец, толщину которого подбирают из условия отсутствия наложения первых двух эхо-импульсов, переотраженных в основном образце с .эхо-импульсами в дополнительном образце, измеряют первый эхо-gMriycrc, отраженный от границы двух образцов, и первые два эхо-импульса, переотра- женные в основном образце, убирают его,и измеряют амплитуду первого эхоимпульса в дополнительном образце, 105 2 а коэффициент затухания ультразвука определяют по формуле
2г (tJ„U Kp(4ri2r„) J где r и r„ — толщины основного и дополнительного образцов соответственно
U — амплитуда первого эхоимпульса в дополнительном образце при убранном основном;
U1 — амплитуда первого эхоимпульса, отраженного от границы двух образцов1
0 и U — амплитуды первых двух эхо-импульсов, соответ ственно переотраженных в основном образце
К (2r+2r„) и Kp(4r+2rq) — коэффициенты передачи акустических колебаний по давлению, обусловленные расхождением ультразвуковых колебаний от преобразователя и дифракционкыми явлениями в результате конечности размеров излучателя для расстояний (2r+
+2г1) и (4г+2г„) соответственно.
На фиг. 1 изображен ход ультразвукового луча в основном и дополнительном образцах на фиг.2 — ход луча в дополнительном образце в отсутствие основного образца.
При измерении с двумя образцами на основном образце 1 через переходный слой 2 устанавливают дополнительный образец 3, на котором через переходный слой 4 размещают пьезопреобразователь 5. На фиг.1 и фиг.2 схематично изображены стрелками пути иэлученного импульса U и и эхо-импульО 1 2 3
Способ измерения коэффициента за-. тухания ультразвука осуществляется следующим образом.
С помощью пьезопреобразователя 5 через переходный слой 4 излучают ультразвуковые импульсы Ug3+ в дополнительный плоскопараллельный образец 3, изготовленный иэ того же материала, что и основной образец 1, но имеющий толщину, отличную от толщины основного образца. устанавливают на одну из граней образца 1, предварите.пьно смоченную контактной жидкостью>, образец 3 свободной гранью.Притирают образ- . цы 1 и 3 между собой. При этом ультразвуковой импульс U„», излученный в образец 3 и,дошедший до переходного слоя 2, частично отражается обратно гдето иг„
02 и ЦЗ
К (2r+2r) и
К (4r+2r ) — коэффициенты передачи акустических колебаний по давлению, обусловленные расхождением ультразвуковых колебаний от преобразователя и дифракционными явлениями в результате конечности размеров излучателя для расстояний (2r+2r ) и (4r+2r ) соответственно.
Расчетная формула для определения коэффициента сС затухания ультразвука имеет вид
Если прием эхо-импульсов Ug и U> соответствует условию дальней зоны ультразвукового поля, то формула для расчета коэффициента затухания упростится и примет вид
Так как образцы 1 и 3 выполнены из одного и того же материала, то условия отражения от переходного .слоя
2 при падении ультразвуковых импульсов как из основного, так и из дополнительного образца остаются одинаковыми. Притирк"й образцов 1 и 3 можно изменять величину коэффициента отражения Катр ультразвука от слоя 2 в широких пределах. При этом при изменении отношения U„>/U2, изменяется обратно пропорционально так, что общее соотношение
Uî Ug
U qUZ остается величиной постоянной при однородном контактирующем слое между образцами 1 и 3, 3 1083105 с коэффициентом отражения Котр частично проходит через слой 2 в образец 1. Отраженный эхо-импульс возвращается на пьезопреобразователь 5, на котором преобразуется в электри5 ческое напряжение Uz . Прошедший через слой 2 ультразвуковой импульс доходит до свободной грани основного образца 1, отражается от нее и падает на переходный слой 2. Через слой 10
2 часть энергии импульса проходит и поступает на пьезопреобразователь
5, с которого снимается напряжение эхо-импульса U, а часть энергии импульса отражается с коэффициентом . отражения К, доходит до свободной грани основного образца 1, снова отражается, поступает на переходный слой 2, частично проходит через этот слой, через дополнительный образец 3 и поступает на пьезопреобразователь
5, с которого снимается напряжение эхо-импульса U>.
Притирают образцы 1 и 3 между собой до получения достаточных по величине амплитуд импульсов П2 u Uj
Если амплитуды эхо-импульсов U и U3 переотраженных в основном образце 1 и поступивших на пьезопреобразователь
5, накладываются с амплитудами эхоимпульсов, переотраженных в дополнительном образце 3, то подбирают тол-щину дополнительного образца так, чт. бы отсутствовали эти наложения. Измеряют аитуды эхо- пульсов U 19U2 и Ug. Убирают основной образец 1, не меняя положения пьезопреобразователя
5, и измеряют амплитуду Пщ первого эхо-импульса в образце 3. Так как измеряют эхо-импульсы U,,U,U u U ., 40 которые не претерпевают переотражение от границы преобразователь-образец, то у них отсутствуют искажения волнового поля, вызванные прохождением в преобразователь части энергии ультразвуковой волны в месте контакта пре45 образователя с образцом, отражением части энергии от преобразователя в образец и полного отражения энергии от свободной грани образца, где нет преобразователя.
Коэффициент отражения от переходного слоя 2 определяют цо отношению
К =0„/Uо, отношение эхо-импульсов
П H U> равно
4 толщины основного и дополнительного образцов соответственно амплитуда первого эхоимпульса в дополнительном образце при убранном основном; амплитуда первого эхоимпульса, отраженного от границы двух образцов; амплитуды первчх двух эхо-импульсов соответственно, переотраженных в основном образце
5 1083105
Использование изобретения позволит повысить точность измерения за счет исключения влияния коэффициента отражения ультразвуковой волны от границы, где установлен преобразователь, и за счет отсутствия измерений эхоимпульсов, претерпевших переотражение от границы преобразователь-образец.
Составитель В. Лопухин
Редактор О.Сопко Техред И.Метелева Корректор Г.Решетник
Заказ 1735/39 Тираж 823 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, 5-35, Раушская наб., д.4/5
Филиап ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4